Gaisa un degvielas attiecība: kā tā ietekmē dzinēja darbību?
Gaisa un degvielas attiecība ir bezdimensiju skaitlis, kas izsaka attiecību starp faktisko gaisa daudzumu maisījumā un teorētisko gaisa daudzumu (stehiometrisko daudzumu), kas atbilst izmantotajai degvielai. Koeficients, kas angļu valodā nosaukts kā gaisa un degvielas attiecība, ir apzīmēts ar grieķu burtu λ (lambda).
Šādi definēto koeficientu galvenokārt izmanto iekšdedzes dzinēju jomā, jo tas ir nepieciešams parametrs maisījuma pagatavošanai. Tādējādi gaisa un degvielas attiecība pilnībā atspoguļo maisījuma bagātības līmeni. Katrai degvielai ir nepieciešams atšķirīgs gaisa daudzums tās ideālai sadegšanai.
Saturs
- Pēc gaisa un degvielas attiecības mēs varam sadalīt sadegšanas maisījumu
- Maisījuma sastāva ietekme uz motora parametriem
- Stehiometriskā maisījuma sadedzināšana
- Bagātīga maisījuma sadegšana
- Liesa maisījuma sadedzināšana
- Maisījuma sastāva ietekme uz motora sastāvdaļām
- Gaisa un degvielas koeficients λ: ko nozīmē konkrētās vērtības?
Piemēram, atkarībā no tā sastāva 1 kg parastā automašīnu benzīna pilnīgai sadegšanai nepieciešami aptuveni 14,7 kg gaisa. Dīzeļdegvielai uz 1 kg degvielas vajag 15 līdz 15,5 kg gaisa. Tādējādi, ja tiek uzturēta ideāla attiecība starp degvielu un gaisu maisījumā, gaisa un degvielas attiecība sasniegs 1 (λ = 1). Tādā gadījumā mēs runājam par stehiometrisku maisījumu.
Pēc gaisa un degvielas attiecības mēs varam sadalīt sadegšanas maisījumu:
- Ja maisījums satur tieši stehiometrisko gaisa daudzumu λ = 1, to sauc par stehiometrisko (satur pareizo gaisa attiecību perfektai degvielas sadegšanai)
- Ja maisījumā ir vairāk gaisa λ > 1, to sauc par liesu ( satur mazāk degvielas, nekā var sadedzināt)
- Ja maisījumā ir mazāk gaisa λ < 1, to sauc par bagātīgu (satur vairāk degvielas, nekā var sadedzināt)
Taču pie dažādiem dzinēja darbības režīmiem mainās dzinēja darba apstākļi, līdz ar to atšķiras prasības piegādātās degvielas daudzumam.
Tipiski motora darbības režīmi, kuros jāpielāgo maisījuma sastāvs, ir, piemēram:
- Aukstā iedarbināšana
- Auksts dzinējs
- Dzinēja iesildīšana
- Paātrinājums
- Palēninājums
- Tukšgaita
- Gaisa kondicionētājs ieslēgts
- Pilna slodze
- Augstums
Maisījuma sastāva ietekme uz motora parametriem:
Atkarībā no gaisa un degvielas attiecības vienādos dzinēja apstākļos tiek ietekmēti:
- Degvielas patēriņš
- Dzinēja veiktspēja
- Emisiju daudzums
- Dzinēja darbības vienmērīgums
- Dzinēja siltuma slodze
Visi šie parametri ir atkarīgi no maisījuma sastāva. Taču faktiskā maisījuma sajaukšanas attiecība būtiski atšķiras no teorētiskās. To nosaka motora temperatūra, ātrums un slodze.
Maisījuma attiecība, pie kuras veiktspēja, emisijas un patēriņš sasniedz vislabākās vērtības, ir unikāla katram dzinējam un darbības režīmam.
Stehiometriskā maisījuma sadedzināšana:
Teorētiski emisijām nevajadzētu rasties, sadedzinot stehiometrisku maisījumu. Tomēr praksē situācija ir atšķirīga. Sakarā ar nepietiekamu degvielas homogenizāciju un mijiedarbību ar citām vielām (dzinēju eļļa, piemaisījumi degvielā, slāpekļa ietekme no gaisa) un īso laiku, kurā jānotiek sadegšanas procesam, rodas izmešu veidošanās.
Tā kā parasto automašīnu dzinēji galvenokārt tiek darbināti ar daļēju slodzi, tie ir paredzēti šai darbībai, lai to darbība šajā režīmā būtu pēc iespējas efektīvāka. Šajā darbības režīmā darbs ar stehiometrisko maisījumu ir piemērots kompromiss starp veiktspēju, degvielas patēriņu un radīto izmešu daudzumu.
Turklāt mūsdienu automašīnu dzinējiem vispirms ir jāatbilst izmešu robežvērtībām, tāpēc stehiometriskā maisījuma (λ = 1) izmantošana šķiet vispiemērotākā, jo tieši tad katalizatoram ir maksimāla efektivitāte. Tāpēc dzinējs ir ekoloģiskākais.
Bagātīga maisījuma sadegšana:
Dedzinot bagātīgu maisījumu, sadegšana notiek ātrāk, un gaisa un degvielas attiecība iztvaikojot samazina maksimālo temperatūru, kas nodrošina cilindru grupas iekšējo dzesēšanu, kas savukārt dod iespēju palielināt dzinēja kompresijas pakāpi.
Kompresijas pakāpe: kāda ir tā ietekme uz dzinēju?
Pateicoties tam, palielinās dzinēja jauda, bet tajā pašā laikā palielinās arī tā patēriņš, jo ne visa degviela tiek sadedzināta ideāli, un daļa tās enerģijas paliek neizmantota.
Visi pārējie parametri šajā režīmā paliek malā, un veiktspēja kļūst par galveno parametru. Tādējādi maisījums tiek bagātināts (λ < 1), lai sasniegtu augstāko iespējamo dzinēja veiktspēju.
Liesa maisījuma sadedzināšana:
Mazākais patēriņš tiek sasniegts liesa maisījuma sadegšanas režīmā; tādējādi gaisa un degvielas attiecība sasniedz vērtību (λ > 1). Kad dzinējs ir zemas slodzes, veiktspēja nav interesanta, tāpēc prioritāte kļūst par degvielas patēriņu.
Šādā gadījumā šī režīma nepārprotama izvēle ir nedaudz liesa maisījuma iestatīšana (λ > 1), kas nodrošina vislielāko degvielas ietaupījumu.
Maisījuma sastāva ietekme uz motora sastāvdaļām:
Bagātīgam maisījumam ir būtiska ietekme no dzinēja aizsardzības viedokļa, jo degviela, kas nedeg, iztvaikojot noņem temperatūru no sadegšanas kameras, tādējādi nodrošinot efektīvu sadegšanas kameras dzesēšanu.
Dzesēšanas efekts palielinās līdz ar maisījuma bagātību, kas ir īpaši svarīgi īpaši noslogotiem dzinējiem. Tāpēc pie maksimālās dzinēja slodzes tiek sadedzināts bagātīgs maisījums.
Taču nevajag pārspīlēt ar maisījuma bagātību, jo nesadegusi degviela nomazgā eļļas plēvi no cilindru sieniņām, kas palielina virzuļa aizķeršanās risku. Turklāt tas palielina oglekļa veidošanos, kuras nogulsnes neļauj izvadīt siltumu no sadegšanas kameras.
Dzinēja klauvē: kas tas ir un kā to novērst?
Dedzinot liesu maisījumu, pastāv iekšējās dzesēšanas trūkuma risks, kas var izraisīt dažu dzinēja sastāvdaļu, piemēram, virzuļu, vārstu un aizdedzes sveču, termisku pārslodzi. Tomēr augstāka lokālā temperatūra cilindrā ievērojami palielina detonācijas sadegšanas risku.
Iekšējo degvielas dzesēšanu var izmantot tikai dzirksteļaizdedzes dzinējiem, jo tie var strādāt ar bagātīgu maisījumu, jo ilgāks tā sagatavošanas laiks (degviela cilindros nonāk kopā ar gaisu vai tiek iesmidzināta cilindrā ieplūdes gājiena laikā).
Iekšdedzes dzinējos, kur degviela tiek iesmidzināta cilindrā un vienlaikus sākas sadegšanas fāze, bagātīgs maisījums, kas slikti sajaucas ar gaisu, radītu pārmērīgu dūmu veidošanos. Tas nozīmē, ka pat pie pilnas dīzeļdzinēja slodzes gaisa un degvielas attiecība ir tikai tuvu stehiometriskajam maisījumam, lai sasniegtu augstāko iespējamo veiktspēju.
Gaisa un degvielas koeficients λ: ko nozīmē konkrētās vērtības?
- <0,5-zemākāuzliesmošanasrobeža(bagātīgsmaisījums),degvielasungaisamaisījumsvairsnavuzliesmojošs
- <1-bagātīgsmaisījums,gaisatrūkums,palielinātajaudaungriezesmoments
- 0,9-lielākaisgriezesmoments,labadzinējadarbība,sliktāksīpatnējaisdegvielaspatēriņš
- 0,9līdz1,1-teorētiskipiemērotsdegvielasungaisamaisījums
- >1 - liess maisījums, lieks gaiss, degvielas taupīšana, ekonomiska darbība
- 1,3 līdz 1,5 - augšējais maisījuma (liesā maisījuma) uzliesmojamības robeža, degvielas un gaisa maisījums vairs nav uzliesmojošs
- 1,6 līdz 1,7 - maisījuma uzliesmojamības augšējā robeža dzinējiem ar stratificētu maisījumu
Tomēr kopumā pareizi funkcionējošs dzinējs pareizā temperatūrā un slodzē sadedzina:
Dīzeļdzinējs - sadedzina neviendabīgu (stratificētu) maisījumu ar lielu gaisa pārpalikumu. Maisījums ir liess, tajā ir lielāks gaisa īpatsvars nekā noteiktam degvielas daudzumam, un tāpēc gaisa un degvielas attiecība ir λ > 1.
Benzīna dzinējs ar netiešo iesmidzināšanu - sadedzina viendabīgu maisījumu. Gaisa proporcijas koeficients ir λ = 1, un šādu maisījumu sauc par stehiometrisko.
Gāzes dzinējs ar tiešo iesmidzināšanu - sadedzina viendabīgu, bet neviendabīgu (slāņainu) maisījumu. Viendabīgs maisījums ieplūdes gājiena laikā sadegšanas kamerā ievada degvielu λ = 1 devu.
Slāņains maisījums kompresijas gājiena laikā iesmidzina degvielu virpuļotajā gaisā, veidojot lokāli viendabīgu maisījumu aizdedzes sveces zonā. Tomēr citās cilindra vietās ir liess maisījums, un tāpēc gaisa un degvielas koeficients ir λ > 1.